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Lattice Hydrogen Involved Electrocatalytic Nitrate Reduction to Hydroxylamine
Journal of the American Chemical Society ( IF 15.6 ) Pub Date : 2025-04-18 , DOI: 10.1021/jacs.5c04863 Chengying Guo , Minghao Guo , Yuhan Zhang , Shuhe Han , Yifu Yu
Journal of the American Chemical Society ( IF 15.6 ) Pub Date : 2025-04-18 , DOI: 10.1021/jacs.5c04863 Chengying Guo , Minghao Guo , Yuhan Zhang , Shuhe Han , Yifu Yu
Electrocatalytic nitrate reduction to hydroxylamine (ENRH) provides a sustainable strategy for NH2OH synthesis under ambient conditions. At present, active hydrogen (*H) derived from water dissociation has been widely used as a H-source for nitrate hydrogenation, bringing a big challenge for ENRH. On the one hand, insufficient *H would lead to the accumulation of nitrite. On the other hand, sufficient *H with high reduction ability would induce over-hydrogenation of hydroxylamine to ammonia. To overcome this challenge, herein, we propose to utilize lattice hydrogen (Hlat) with an appropriate reduction ability as the H-source for ENRH. We design and construct a Cu-MnO2H x electrocatalyst, in which the Cu-triggered Jahn–Teller distortion of [MnO6] octahedron significantly increases the number of Hlat. The Faradaic efficiency and yield of NH2OH are as high as 91.1% and 396.6 mmol gcat. –1 h–1 over Cu-MnO2H x , outperforming most of the reported catalysts. The combined results of isotopic tracking experiments and theoretical calculations prove the enrichment and buffer functions of Hlat, which can provide an abundant H-source for nitrate’s selective reduction to hydroxylamine.
中文翻译:
晶格氢涉及电催化硝酸盐还原为羟胺
电催化硝酸盐还原成羟胺 (ENRH) 为环境条件下的 NH2OH 合成提供了一种可持续的策略。目前,水解离得到的活性氢 (*H) 已被广泛用作硝酸盐加氢的 H 源,给 ENRH 带来了很大的挑战。一方面,不足的 *H 会导致亚硝酸盐的积累。另一方面,具有高还原能力的足够 *H 会诱导羟胺过度氢化为氨。为了克服这一挑战,本文建议使用具有适当还原能力的晶格氢 (Hlat) 作为 ENRH 的 H 源。我们设计并构建了一种 Cu-MnO2H x 电催化剂,其中 Cu 触发的 [MnO6] 八面体的 Jahn-Teller 畸变显着增加了 Hlat 的数量。NH2OH 的法拉第效率和产率高达 91.1% 和 396.6 mmol gcat。-1 h–1 比 Cu-MnO 高 2H x ,性能优于大多数已报道的催化剂。同位素跟踪实验和理论计算的综合结果证明了 Hlat 的富集和缓冲功能,可为硝酸盐选择性还原为羟胺提供丰富的 H 源。
更新日期:2025-04-18
中文翻译:
晶格氢涉及电催化硝酸盐还原为羟胺
电催化硝酸盐还原成羟胺 (ENRH) 为环境条件下的 NH2OH 合成提供了一种可持续的策略。目前,水解离得到的活性氢 (*H) 已被广泛用作硝酸盐加氢的 H 源,给 ENRH 带来了很大的挑战。一方面,不足的 *H 会导致亚硝酸盐的积累。另一方面,具有高还原能力的足够 *H 会诱导羟胺过度氢化为氨。为了克服这一挑战,本文建议使用具有适当还原能力的晶格氢 (Hlat) 作为 ENRH 的 H 源。我们设计并构建了一种 Cu-MnO2H x 电催化剂,其中 Cu 触发的 [MnO6] 八面体的 Jahn-Teller 畸变显着增加了 Hlat 的数量。NH2OH 的法拉第效率和产率高达 91.1% 和 396.6 mmol gcat。-1 h–1 比 Cu-MnO 高 2H x ,性能优于大多数已报道的催化剂。同位素跟踪实验和理论计算的综合结果证明了 Hlat 的富集和缓冲功能,可为硝酸盐选择性还原为羟胺提供丰富的 H 源。












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